Definição de estuário

Disciplina: Dinâmica de Ecossistemas Marinhos
Processos químicos em ambientes
estuarinos, costeiros e
oceânicos
Profa. Mônica Wallner-Kersanach
Prof. Carlos Francisco de Andrade
Julho 2014
Disciplina: Dinâmica de Ecossistemas Marinhos
Profa. Mônica Wallner-Kersanach
• 01/7/2014
• Estuários: processos químicos
• Dinâmica praial: processos químicos (Prof. Carlos)
• 08/7/2014
• Plataforma Continental: processos químicos
• 15/7/2014
• Ressurgência: processos químicos
• Interfaces/Frentes: processos químicos
Estuários: processos químicos
Profa. Mônica Wallner-Kersanach
Conteúdo da aula
• Definição de estuários e sua estratificação;
• Estuários como filtros e comportamento dos
elementos;
• Identificação da reatividade estuarina;
• Comportamento conservativo e não conservativo dos
elementos;
• Reatividade biogeoquímica;
• Natureza do material particulado e dissolvido;
• Processos que envolvem a adição e a remoção de
componentes dissolvidos.
Definição de estuário
• Prichard (1967) definiu estuários, mas a definição foi
considerada depois de uns anos vaga. Portanto a
definição de Fairbridge (1980) foi considerada a mais
apropriada:
“ um estuário é uma entrada de água do mar dentro de
um vale de rio, normalmente sendo dividido em três
setores: a) um marinho ou baixo estuário, em conexão
com o mar aberto; b) um médio estuário, sujeito a uma
forte mistura de água salgada e doce; e c) um estuário
superior ou fluvial, caracterizado pela água doce, mas
sujeito a ação diária da maré.”
Estratificação
Exemplos de tipos de
estratificação
em estuários
• Estuários podem
apresentar vários tipos
estratificação, que
influenciam na dispersão
dos elementos químicos.
3.
In.: Clark, R. B. 2002. Marine Pollution. Oxford University Press, p. 237.
Estuários como filtros
• Estuários funcionam como filtros químicos, físicos e
biológicos; pontos a considerar:
1) os filtros estuarinos agem sobre diferentes elementos, ex.:
espécies dissolvidas provenientes de rios são diluídas no
estuário e então carreadas para o oceano, enquanto outras
reagem sendo adicionadas ou removidas da fase dissolvida;
2) o efeito dos filtros pode variar muito de um estuário para
outro, sendo difícil identificar processos estuarinos globais;
3) é necessário considerar o status do estuário antes de fazer
qulquer tentativa de extrapolar sua dinâmica para ums
escala mais ampla oceânica.
Comportamento dos elementos na
zona de mistura estuarina
• Os filtros estuarinos atuam no material dissolvido e
particulado que flui através do sistema, e ambos podem
modificar e atrapar componentes fluviais transportados
dentro da zona de mistura.
• Um equilíbrio pode ocorrer em ambas direções, por ex., o
material particulado pode agir como fonte de componentes
dissolvidos, que é liberado em solução, ou como
decantador de componentes dissolvidos, que são
removidos da solução.
• O sedimento não é um reservatório estático de
elementos no estuário, mas é sujeito a processos físico,
químicos e biológicos. O processo de reciclagem inclui:
1) a difusão química dos componentes para a água
intersticial;
2) a difusão dos componentes da água intersticial para
a coluna d´água sobrejacente;
3) a ressuspensão do sedimento pela ação da maré,
podendo transferir componentes de uma parte para
outra do estuário.
• Como o sedimento possui uma importância
biogeoquímica em estuários, pode ser considerado um
terceiro membro no processo estuarino, além da água
de rio e a água do mar.
Esquema sobre o transporte das frações particulada (p)
e dissolvida (d) do rio até o oceano
Chester (2003)
p
kd
Indica a reatividade entre particulado e dissolvido, associado com processos
d físico, químicos e biológicos.
kd = coeficiente de partição
kd = X/C
X = conc. do elemento trocável na fase particulada;
C = conc. do elemento na fase dissolvida.
Estudos de balanço de massa
• O coeficiente de partição é um modelo de equilíbrio
entre as frações dissolvida e particulada na água e
pode ser complementado aplicando equações de
balanço de massa;
• A entrada de fluxos pelos rios e oceano, além do
material particulado em suspensão pode ser
considerada aplicando equações do balanço de
massa, ex. Morris (1986) segundo Chester (2003) –
pág. 38-40.
Identificação da reatividade estuarina
• Processo que modifica o transporte de elementos químicos
proveniente dos rios é a mistura física das águas doces com
a salgada.
• Se ocorrer ausência de processos biogeoquímicos
(reatividade) que leve a uma adição ou remoção de
componentes, resultará em uma relação linear entre
a concentração e a salinidade ao longo do estuário.
• O diagrama de mistura é utilizado para avaliar os efeitos
que processos biogeoquímicos reativos possuem na
distribuição dos componentes no estuário.
• Neste diagrama a concentração é plotada contra um index
conservativo de mistura, sendo a salinidade a mais
utilizada, embora o cloreto tenha sido utilizado no passado.
Comportamento de elementos dissolvidos em estuários
Salinity
Comportamento conservativo
do boro dissolvido
no estuário Tamar.
Salinity
Comportamento
não conservativo
do ferro dissolvido
no estuário Beaulier.
Se a distribuição de
um componente
dissolvido é
controlado apenas
por processo físico
de mistura e se ao
longo da salinidade
sua concentração
fica abaixo da linha
teórica de diluição,
O componente é
considerado
conservativo ou não
reativo. Ao
contrário, se a
concentração
fica acima da linha
teórica de diluição, o
comportamento é
não conservativo ou
reativo.
Comportamento
não conservativo
do bário dissolvido
no estuário Changjiang
Comportamento
não conservativo
do manganês dissolvido
no estuário Tamar.
Dados de diferentes
cruzeiros
= Mn(II)
= total Mn
Comportamento
não conservativo
do cobre dissolvido
no estuário Savannah.
Chester (2003)
O gráfico de mistura que demonstra que componentes
comportam-se de maneira não conservativa em
estuários, pode ter uma variedade de formas. Podem
indicar:
a) ganho ou perda de componentes dissolvidos;
b) algumas vezes podem identificar específicas zonas
estuarinas onde as reações podem ocorrer.
Comportamento conservativo dos
elementos
• Elementos maiores possuem em geral um
comportamento conservativo em todas as
situações estuarinas, como Na+, K+, Ca2+ e
SO4 2-.
• Boro em estuários parece ter um comportamento
conservativo em muitos estuários.
Comportamento não conservativo dos
elementos
• O carácter não conservativo dos elementos pode
ter uma variedade de formas, podendo indicar
ganho ou perda de componentes dissolvidos:
1) Remoção de componentes dissolvidos, ex. Fe
(Fig. 3.5, b, ii);
2) Adição de componentes dissolvidos, ex. Ba e
Cu (Fig. 3.5, b, iii e iv);
3) Combinação de adição e remoção, ex. Mn (Fig.
3.5, b, v).
(1999)
Niencheski et al., 1999.
Limitações do diagrama
• Este diagrama pode se difícil de interpretar, caso
ocorra contribuição de imput (ex.: efluentes) no
sistema estuarino.
• Não fornece informações o porquê do
componente se comportar desta forma ou a
natureza das reações biogeoquímicas, que
causou a reatividade estuarina.
• Necesário conhecer a natureza dos processos
reativos que ocorrem na zona de mistura do
estuário.
Reatividade biogeoquímica
• Controlada por vários parâmetros físico-químicos:
- pH,
- potencial óxido-redutor,
- salinidade,
- concentração de ligantes complexantes,
- nutrientes,
- componentes orgânicos,
- material particulado.
• Todos estes parâmetros passam por grandes variações
nos estuários, como resultado pelo qual uma variedade
de transformações dissolvido
particulado são
gerados na zona de mistura.
• Estas transformações são guiadas por fatores físico,
químicos e biológicos, que incluem:
a) sorção na superfície de partículas em suspensão;
b) precipitação;
c) floculação-agregação; e
d) incorporação via processos biológicos.
Fontes externas de material
particulado no estuarino
• 3 classes de fontes externas de material
particulado podem ser identificadas:
- Particulados provenientes de rios;
- Particulados atmosféricos; e
- Particulados oceânicos.
Importante como fonte
externa: a entrada de água
salgada, que além de trazer
particulados, remobiliza o
sedimento de fundo.
O tipo de maré (sizígia ou
quadratura) atuante
e sua velocidade vão
determinar o grau de
resuspensão do
sedimento de
fundo, quando da
entrada
da água salgada no
estuário.
3.
In.: Clark, R. B. 2002. Marine Pollution. Oxford University Press, p. 237.
Fontes internas de material
particulado no estuário
• Fontes internas que incluem:
a) floculantes e precipitados orgânicos e inorgânicos;
b) matéria orgânica viva e não viva.
• Dentre os vários processos que levam a formação de
paticulados estuarinos,
(a) floculação,
(b) precipitação e
(c) a produção biológica da matéria orgânica são
especialmente importantes.
http://www.scopenvironment.org/downloadpubs/scope35/chapter13.html
A concentração e a natureza do
material dissolvido em estuários
• Conc. dos componentes dissolvidos em rios excedem
as conc. destes na água do mar.
• A conc. inicial dos componentes dissolvidos no
estuário é regulado pela entrada da água oceânica
no estuário.
• A natureza ou especiação dos componentes
dissolvidos é afetada durante a mistura da água doce
com a salgada.
• O termo especiação refere-se a forma como o
elemento ocorre, ou seja, a forma molecular do
átomo de um elemento ou grupos de átomos de
diferentes elementos numa determinada matriz.
• Descrever a especiação química de um elemento
significa identificar seu estado de oxidação e
todas as formas deste elemento.
Ex.:
Espécie química
Hg++
Al+++
Matriz
água do mar
água do mar
Espécie combinada
HgCl4-Al (OH)30, Al (OH)4-
• A complexação competitiva entre os principais - ligantes
inorgânicos (ex.: íons cloretos, sulfatos, carbonatos e
hidroxilas),
- ligantes orgânicos (ácido húmico) e
- material particulado
são os principais fatores que controlam a especiação de
elementos inorgânicos em águas naturais.
• Diferenças entre os parâmetros físico-químicos entre a água
do rio e a do mar são também importantes:
1) salinidade,
2) composição iônica e conc. de ligantes complexantes
(maior em rios: cálcio e bicarbonato; maior em água do mar:
sódio e cloreto),
3) pH (rios podem ser ácidos ou alcalinos, variando de 5-8;
água do mar em torno de 8,2)
• Processos que envolvem a adição e a remoção de
componentes dissolvidos em estuários inclui:
1) Floculação, adsorção, precipitação e incorporação
biológica, que resulta em renovação dos componentes da
fase dissolvida. Estes processos resultam na retenção dos
componentes no estuário via trapeamento no sedimentos.
2) Desorção da superfície das partículas e a “quebra” de
orgânicos, que resulta na adição de componentes para a
fase dissolvida. Isto resulta na dispersão de componentes
se eles permanecerem na fase dissolvida.
3) Reações de complexação e quelação com ligantes
orgânicos e inorgânicos, estabiliza componentes na fase
dissolvida, que serão dispersados do estuário com a massa
de água.
O QUE OS ESTUDOS SOBRE OS PROCESSOS ESTUARINOS NOS TRAZEM COMO INFORMAÇÃO?
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Indicam quanto um estuário exporta para o mar;
Informam se um estuário é um filtro (consumidor) ou um produtor;
Apontam exatamente quais são e ondes estão localizadas
as fontes de contaminação;
Informam sobre a quantidade (massa) de elementos que são:
4.1 Removido (ação biológica ou geológica)
4.2 Adicionado (ação biológica, geológica ou pelo homem);
Estas informações nos levam a conhecer melhor as fontes,
sejam naturais ou antrópicas:
5.1 Conhecer os processos envolvidos;
5.2 Quantificar os lançamentos efetuados;
Nos levam a estudar e conhecer outras fontes não contempladas,
como exemplo, o estudo das contribuições atmosféricas e do sedimento.
Fornecem informações valiosas para a gestão ambiental, como exemplo,
indicações de locais e períodos para lançamentos de efluentes.
Por fim, trazem informação sobre a capacidade suporte do ecossistema.
Bibliografia
• Chester, R. 2003. Marine Geochemistry. Blackwell Publishing,
2nd Edition, USA, 506 p.
• Niencheski, L.F.; Baumgarten, M.G.; Fillmann, G & Windom, H.
1999. Nutrients and suspended matter behavior in the Patos
Lagoon Estuary (Brazil). In: “Estuaries of South America”.
Edited by Gerardo Perillo, Maria Cintia Píccolo e Mario PinoQuivira. Published by Springer Verlag. Cap. 4, p. 67 – 81.
• Windom, H. L., Niencheski, L. F., & Smith, J. R. G. (1999).
Biogeochemistry of nutrients and trace metals in the
estuarine region of the Patos Lagoon (Brazil). Estuarine,
Coastal and Shelf Science, 48(1), 113–123.